单晶硅晶格间距是许多重要物理常数测量的基础。本文介绍了硅晶格间距测量技术的发展历程，包括X射线干涉仪直接测量和晶格比较仪间接测量两种方法，以及影响测量结果不确定度的关键因素。得益于晶格间距测量的进展，在纳米尺度，硅晶格间距被国际计量局(BIPM)批准成为新的米定义复现形式。最后介绍了硅晶格在计量学中的应用，以及基于硅晶格实现纳米几何量测量的溯源体系的研究趋势。

基于自校准技术提出了用于影像仪的误差分离方法。建立了自校准算法模型, 并利用影像仪对算法模型进行了实验验证。该算法运用普通栅格板来替代标准器, 将栅格板置于影像仪工作台3个不同位置得到3组测量数据, 通过研制的测量数据转换模型将得到的数据代入自校准算法模型中, 最终将测量结果中包含的仪器系统误差分离出来, 实现了自校准。由于运用了测量数据转换模型, 有效解决了实验过程中栅格板所在坐标系与影像仪工作台坐标系不重合的问题, 提高了影像仪测量结果的准确度。测试实验显示: 测量点实际测得的误差为毫米级, 经过自校准算法处理后得到的测量点的系统误差最大为0.49 μm, 最小为0.00 μm, 表明将自校准算法应用于影像测量仪结果的误差分离具有较好的可行性。

针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要，中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量。为了将位移精确溯源到国际单位米，研制了单频8倍程干涉仪测量位移，样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量。一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定，作为干涉仪的参考镜。两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x -y方向的相对位置。样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上，由压电陶瓷位移台驱动。另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移，探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差。由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差，采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差，修正后干涉仪测量误差减小为0.7 nm。

根据纳米计量分辨力的要求，设计一套共焦法布里珀罗(F-P)干涉显微测头。系统光源采用保偏光纤直接导入，从F-P腔外入射。光路设计成便于减小光学共模噪音的差动形式。通过建立模型分析系统光学特性，得出反射平板的最佳反射率以及共焦结构对干涉条纹的影响。实验验证表明反射平板反射率为40%时可以使系统得到对比度高，信噪比好的干涉条纹；针孔光阑可以方便寻找测量透镜的焦点和减小杂散光的噪音；系统轴向分辨力达到0.2 nm。